florestas e produção de Água: caminham juntas? e producao de agua caminham... · a exaustão das...
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Profa. Kelly Tonello
Florestas e Produção de Água: caminham juntas?
XI Simpósio Nacional de Recuperação de Áreas Degradadas Abril de 2017 , Curitiba, PR Foto: Rio Pelotas, RS
Dinâmica
- O quê temos para hoje: a crise da água?
- Hidrologia Florestal: Floresta - Água ?
- Processos Hidrológicos
- Mineração + Floresta- Solo - Água
- Hidrologia x Restauração Florestal
- Ecofisiologia Florestal
- Considerações
O quê temos para hoje: a crise da água?
- O acesso à lei limpa é um dos direitos humanos mais fundamentais. - Em todo o mundo, mais de um em cada seis pessoas ainda não têm acesso a água potável e aproximadamente 80% da população global vivem em áreas onde os recursos naturais são inseguros.
O quê temos para hoje: a crise da água?
O quê temos para hoje: a crise da água?
O quê temos para hoje: a crise da água
O quê temos para hoje: a crise da água
Ciclo Hidrológico
Globalmente, é um ciclo fechado. A
quantidade de água no planeta é a mesma desde os dinossauros...
O quê temos para hoje: a crise da água?
A exaustão das águas
Ok. Mas essa distribuição de água faz parte do ciclo hidrológico...um
ciclo fechado globalmente. Só estamos passando por um momento
de crise que já vai melhorar...”não surta”! Não precisa economizar
água....
O quê temos para hoje: a crise da água?
E para onde foi a água?
O quê temos para hoje: a crise da água
E para onde foi a água?
Vazamentos!?
Politicagem!?
...etc...etc... A agricultura usa muito!?
E isso tudo faz com que o reservatório
de água diminua e portanto, menos
água terei na torneira de minha casa!!!
O quê temos para hoje: a crise da água
HIDROLOGIA FLORESTAL
- A Hidrologia Florestal trata das relações Floresta-Água.
É o ramo da hidrologia que trata dos efeitos da floresta sobre o ciclo da água, incluindo os efeitos
sobre a erosão e a qualidade da água nas bacias hidrográficas;
Seu conhecimento: nortear as atividades florestais dentro de um programa de manejo integrado de
bacias hidrográficas;
HIDROLOGIA FLORESTAL
- Ao final do século XI:
- A floresta funcionava como reguladora do escoamento dos rios: muitos
defensores e muitos oponentes, nenhum dos lados com informações suficientes para suportar suas posições;
- Tiveram início os primeiros estudos científicos sobre o assunto;
- Na Europa: experimentos voltados para a medição de variáveis (ou processos isolados) do ciclo da água dentro e fora de povoamentos florestais (método físico);
- Nos Estados Unidos: início de uma modalidade diferente de estudo do problema, referido como método hidrométrico, que basicamente procura medir os fluxos de massa da fase terrestre do ciclo da água em microbacias
experimentais..
HIDROLOGIA FLORESTAL
Wagon-Wheel Gap, Estado do Colorado – USA, (HOYT &
TROXELL, 1932):
Duas microbacias (80 ha cada), adjacentes e florestadas, foram instrumentadas para a medição precisa da precipitação e do deflúvio. Durante um período inicial em que ambas as microbacias permaneceram inalteradas do ponto de vista da cobertura florestal, estes dois processos hidrológicos precipitação (P) e deflúvio (Q) foram medidos durante um certo número de anos, a fim de se obter uma equação de calibração de uma das microbacias em função da outra. Ao término deste período de calibração: X - Uma das microbacias sofreu o corte raso da floresta, enquanto que a outra permaneceu inalterada, como testemunha;
- Após o tratamento experimental, as medições se prolongaram em ambas as bacias por mais um determinado número de anos;
Wagon-Wheel Gap, Estado do Colorado – USA, (HOYT &
TROXELL, 1932):
- O corte raso da floresta resultou em: do deflúvio médio anual (Q) da microbacia tratada, ou seja, da sua produção de água;
- Aplicação em diversas áreas, inclusive em outros países;
- E é assim em todo lugar?
* Q é, na realidade, o produto integrado de pelo menos 5 variáveis da microbacia: solo, geologia, clima, fisiografia e vegetação.
...A verdade sobre a Relação Floresta - Água
HIDROLOGIA FLORESTAL
- Por volta de 1950 todas as unidades do Serviço Florestal Americano possuíam um setor de microbacias experimentais.
Nos Estados Unidos: mais de 150 microbacias florestadas experimentais instaladas e até 1970 haviam sido publicados mais de 2000 trabalhos sobre estas pesquisas.
Vocês se recordam da
história da água de Nova York?
Rio Delaware, NY, www.visitthecatskills.com
No passado, as políticas baseavam-se no pressuposto de que, sob qualquer circunstância hidrológica e ecológica, a floresta é a melhor cobertura da terra para maximizar a produção de água, regular os fluxos sazonais e garantir a alta qualidade da água.
A verdade sobre a Relação Floresta - Água
Seguindo este pressuposto, a conservação (ou extensão) da cobertura florestal nas bacias hidrográficas a
montante foi considerada a medida mais eficaz para aumentar a disponibilidade de água para fins agrícolas,
industriais e domésticos, bem como para prevenir inundações em áreas a jusante.
Pesquisa em hidrologia florestal durante os anos 80 e 90 (Bruijnzeel, 2004, Calder, 2005, 2007, Van Dijk e Keenan, 2007) sugere um quadro muito diferente.
Embora confirmado o papel da floresta: - à montante para garantir a produção de água de alta qualidade, as generalizações anteriores sobre os benefícios da floresta para os fluxos anuais e sazonais a jusante variavam...
...A verdade sobre a Relação Floresta - Água
Em especial nos ecossistemas áridos ou semi-áridos, as florestas não são a melhor cobertura da terra para aumentar a produção de água a jusante.
Foto: http://www.iicabr.iica.org.br
Fato: O ecossistema florestal é um usuário de água: interceptação e transpiração.
Como as florestas naturais e as florestas estabelecidas pelo homem usam mais água do que a maior parte da cobertura vegetal (incluindo agricultura e forragem), não há dúvida de que a remoção da floresta (mesmo parcial) aumenta a produção de água a jusante.
Mas é sempre assim?
cartacampinas.com.br
A Destruição da floresta pode ter afetado o delicado
mecanismo das chuvas.
Até que ponto o equilíbrio pode suportar alterações?
Caminhando para a relação Floresta-Água
Custo para transposição
entre Represas do
Jaguari (Paraíba do
Sul), Atibainha, e
Sistema Cantareira é
estimada em R$
830,5 milhões
http://sao-paulo.estadao.com.br/noticias/geral,sob-ameaca-cantareira-precisa-de-30-milhoes-de-arvores-ao-custo-de-r-195-mi,1637582
Caminhando para a relação Floresta-Água
...A verdade sobre a Relação Floresta - Água
Microescala: Processos Básicos da Hidrologia Florestal
Vegetação desempenha função
reguladora no contexto do balanço
hídrico de uma microbacia:
Captação e distribuição da água da
chuva
Regulação do escoamento de água pelo
solo
Reduz impacto das gotas de chuva sob o
solo, reduzindo processos erosivos
Suprimento de água para a recarga de
aquíferos e corpos superficiais
Umidade do solo, matéria orgânica,
agregação, microorganismos
(ARCOVA e CICCO, 1997; ARCOVA et. al., 2003; PORPORATO; RODRIGEZ-ITURBE, 2002; SCHWÄRZEL et al., 2012).
As florestas desempenham um papel crucial no ciclo
hidrológico:
- Influenciam a quantidade de água disponível e
regulam as águas superficiais e subterrâneas,
mantendo a alta qualidade da água.
- Contribuem para a redução dos riscos relacionados
com deslizamentos de terra, alimentos locais e secas
e ajudam a prevenir a desertificação e a salinização.
- As bacias florestais fornecem uma elevada
proporção da água doce acessível do mundo para as
necessidades domésticas, agrícolas, industriais e
ecológicas, tanto nas zonas a montante como a
jusante.
Florestas e Produção de Água: caminham juntas?
The relationship between forests and water has been of interest to scientists for many years. It is common knowledge that forests influence the hydrological cycle And that, Accordingly, they have An effect on water resources both quantitatively and qualitatively.
(Food and Agriculture Organization of the United Nations - FAO, Rome, 2013)
Florestas e Produção de Água: caminham juntas?
“...os efeitos do plantio de árvores em
terras degradadas permanecem
inexplorados...(Ellison et al., 2017)”
“... Yet relevant studies from the tropics
are scarce, and the impacts of
intermediate tree cover remain
unexplored. (Ilested et al., 2016)”
“The Forests and Water: a Five-year Action Plan”, lançado em Durban - 14th World Forestry Congress em 2015. Necessidade de interação: ciência, políticas e práticas relacionadas com a integração floresta-água.
Florestas e Produção de Água: caminham juntas?
Restauração ecológica: “ciência, prática e arte de assistir e manejar a recuperação da integridade ecológica dos ecossistemas, incluindo um nível mínimo de biodiversidade e de variabilidade na estrutura e funcionamento dos processos ecológicos, considerando-se seus valores ecológicos, econômicos e sociais (SER, 2004).”
visão ecossistêmica
alta complexidade das interações biológicas entre as espécies e das relações das espécies com os fatores abióticos do meio
enfoque prático ainda é um grande desafio
recuperação ambiental é quase que exclusivo no componente biológico desses ecossistemas degradados
Mineração de Calcáreo, Salto de Pirapora, SP. Fonte: Google Earth
5
0
Caracterização da qualidade edáfica dos substratos nas pilhas de estéril de diferentes idades em processo de restauração passiva
Lima, 2017
Questões: É possível a recuperação dos solos de pilhas de estéril por meio da restauração passiva? Há relação entre o desenvolvimento da vegetação e as características do solo?
Caracterização da cobertura
0,15 a
43,16 a
53,08 a
11,17 a
0,4 a
11,25 b
76,67 b
19,08 b
4,66 a
2,22 b
40,42 c
100 c
16,36 b
3,91 a 2,63 b
0
20
40
60
80
100
120
Regenerantes
(%)
Serapilheira
(%)
Herbáceas
(%)
Gramíneas
(%)
Serapilheira
(cm)
Área I
Área II
AR
Melo et al. (2007) relatam que até os 7 anos de implantação, a
vegetação regenerante em geral é incipiente.
De acordo com Piña-Rodrigues et al. (1989), valores
abaixo de 50% de cobertura de serapilheira são cenários
considerados como indesejáveis.
Para Lima et al. (2009) as espécies herbáceas
apresentam preferências por ambientes com maior
luminosidade.
Segundo Campos et al. (2003) as gramíneas
possuem uma grande quantidade de raízes, que
se desenvolvem rapidamente, melhorando as
características físicas, como porosidade,
descompactação, aeração entre outros.
Caracterização da qualidade edáfica dos substratos nas pilhas de estéril de diferentes idades em processo de restauração passiva
143
126
576
24
179
59
0 100 200 300 400 500 600
Piper amalago
Nectandra megapotamica
Leucaena leucocephala
Piper dilatatum
Leucaena leucocephala
Trema micrantha
AR
Áre
a II
Áre
a I
Espécies mais representativas
Características da vegetação
Caracterização da qualidade edáfica dos substratos nas pilhas de estéril de diferentes idades em processo de restauração passiva
Fixação de nitrogênio Rápido crescimento Boa alternativa para RAD
Caracterização da qualidade edáfica dos substratos nas pilhas de estéril de diferentes idades em processo de restauração passiva
Lima, 2017
Caracterização física
3 a
16,25 a
28,3 a
0,51 b
52,9 b
3,4 b
0,22 b
86,39 c
4,76 b
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
RSP (MPa) US (%) IRL (%)
Área I
Área II
AR
Segundo Grant e Lanfond (1993), valores na faixa de 1,5 a 3,0 MPa são restritivos ao crescimento radicular.
Na mineração, a condição do solo pode se tornar tão grave que a vegetação nativa dificilmente floresce, o que força o uso de espécies exóticas agressivas que fornecem boa cobertura do solo (ACTION et al., 2011).
Nas pilhas de estéril, > nº de indivíduos favoreceu condições de sombreamento e umidade do solo
Lorenzon; Dias; Tonello, (2015) a floresta contribui para o processo de infiltração de água no solo, já que a cobertura florestal intercepta a água da chuva, diminui sua velocidade e mantém a umidade do solo.
• Os resultados da caracterização da vegetação nas pilhas de estéril indicaram que, a presença da vegetação, por meio da restauração passiva, contribuiu para a melhoria da qualidade edáfica dos substratos.
• As características de cobertura e físicas dos substratos das pilhas de estéril estão se assemelhando ao solo do fragmento florestal nativo adjacente à cava de mineração.
• Os resultados da curva granulométrica mostraram que a Área II está mais próxima à AR, o que evidencia o desenvolvimento e intemperização dos substratos das pilhas de estéril conforme o passar dos anos.
• Para ambientes degradados como os depósitos de estéril, a presença da L. leucocephala está contribuindo para a melhoria das características de cobertura, físicas e químicas dos substratos ao longo do tempo.
Caracterização da qualidade edáfica dos substratos nas pilhas de estéril de diferentes idades em processo de restauração passiva
Lima, 2017
Inclusão de parâmetros hidrológicos na avaliação da restauração florestal
Bessi, 2017
Escoamento pelo tronco Chuva Umidade do solo
Resistência à penetração
Infiltração
Caracterizar o comportamento de parâmetros hidrológicos em áreas florestais em diferentes estágios de restauração por condução da regeneração natural.
Monitorar a repartição
de chuva em áreas florestais em diferentes estágios de restauração
por condução da regeneração natural.
Caracterizar três áreas com diferentes idades em condução da regeneração
natural, visando a compreensão da
diversidade e estrutura da comunidade vegetal.
Associar os parâmetros hidrológicos e de estrutura vegetal ao longo do desenvolvimento de cada idade e
responder o seguinte questionamento: Com o
desenvolvimento da restauração florestal há melhoria das condições
hídricas do solo?
Inclusão de parâmetros hidrológicos na avaliação da restauração florestal
Bessi, 2017
B A C
Parcelas de condução de regeneração natural aos (A) 4 anos, (B) 10 anos e (C) 43 anos de idade com equipamentos instalados. RPPN Águas Perenes, Brotas, SP, 2015.
Inclusão de parâmetros hidrológicos na avaliação da restauração florestal
Bessi, 2017
Inclusão de parâmetros hidrológicos na avaliação da restauração florestal
Pi = 100% Pi = 96% Pi = 87%
Et = 0,01% Et = 0,19% Et = 1,15%
> Res. à penetração < Vel. de infiltração de água
Atuam de maneira
positiva para a melhoria da
qualidade física do solo
Consequência: Manutenção hídrica do solo – Recarga.
4 anos 10 anos 43 anos
Bessi, 2017
Florestas e Produção de Água: caminham juntas?
Ilstedt, U., Bargués Tobella, A., Bazié, H.R., Bayala, J., Verbeeten, E., Nyberg, G., Sanou, J. ., Benegas, L., Murdiyarso, D., Laudon, H., Sheil, D., Malmer, A., 2016. Intermediate tree cover can maximize groundwater recharge in the seasonally dry tropics. Sci. Rep. 6, 21930.
* As arvores nativas e exóticas possuem o mesmo mecanismo fisiológico para se desenvolver. * Captam água por meio das raízes e a devolvem para a atmosfera na forma de vapor pela transpiração. * Esse ciclo da água é necessário para que ocorra a fotossíntese.
O Funcionamento de uma árvore
Como ocorre o processo de
transpiração?
“Diferença de potencial hídrico no sistema
solo-planta-atmosfera”
Condições climáticas
Fonte: http://www.simbiotica.org/transporteplanta.htm
Yw (solo) -0.1 MPa Yw (raiz) -0.5 MPa
Yw (tronco) -0.6 MPa
Yw -0.8 MPa
Yw (atmosfera) -95 MPa
Sistema solo-planta-atmosfera
O Fluxo de Água Verde
Manejo Ecofisiológico de Florestas Plantadas
• Busca identificar as interações entre o genótipo, manejo e fatores ambientais com vista à produtividade;
• Compreender os processos que governam o crescimento, de modo a permitir o manejo das florestas em sintonia com o uso dos recursos naturais;
• Várias são as variáveis que participam desse processo.
Universidade Estadual de Campinas Faculdade de Engenharia Agrícola
Adaptado de CIB (2008) e ABRAF (2009)
Stape & Lima, 2007
Escala Vaso Escala Parcela Escala B. hidrográfica
Tonello, 2005
...Florestas e Produção de água: caminham juntas?
A partir de que momento do desenvolvimento da
floresta, há contribuição para a manutenção hídrica
do solo? Recarga de Solo?
Tudo depende do Planejamento!
E a produção de água: Depende só da floresta?
Críticas: pesquisas investem em florestas de rápido crescimento. E as nativas? O consumo de água pelas espécies
florestais não é o mesmo ao longo de seu o desenvolvimento
Grupo de Pesquisa sobre Hidrologia em Ecossistemas Florestais
(Hidrolef)
Profa. Dra. Kelly Cristina Tonello
Hidrolef
Muito Obrigada!
Referências
• ARCOVA, F. C. S.; CICCO, V.; ROCHA, P. A. B. Precipitação efetiva e interceptação das chuvas por floresta de mata atlântica em microbacia experimental em Cunha – São Paulo. Revista Árvore, Viçosa-MG, v.27, n.2, 2003, p.257-262.
• ARCOVA, F.C.S.; CICCO, V. Características do deflúvio de duas microbacias hidrográficas no Laboratório de Hidrologia Florestal Walter Emmerich, Cunha – SP. Revista Instituto Florestal de São Paulo, v.9, n.2, 1997, p.153-170.
• BESSI, D. Inclusão de parâmetros hidrológicos na avaliação da restauração florestal. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal de São Calos, campus Sorocaba. 93f. 2017.
• ELLISON, D. et al. Trees, forests and water: Cool insights for a hot world. Global Environmental Change, 43 (2017) 51–61.
• FAO, 2013. Forests and Water: International Momentum and action. 75p.
• FAO, 2015. Forest and Water - A Five-Year Action Plan. FAO, Rome.
• ILSTEDT, U., BARGUÉS TOBELLA, A., BAZIÉ, H.R., BAYALA, J., VERBEETEN, E., NYBERG, G., SANOU, J. ., BENEGAS, L., MURDIYARSO, D., LAUDON, H., SHEIL, D., MALMER, A., 2016. Intermediate tree cover can maximize groundwater recharge in the seasonally dry tropics. Sci. Rep. 6, 21930.
• LIMA, M.T. Regeneração natural nas pilhas de estéril em mineração de calcário, Salto de Pirapora, SP. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal de São Calos, campus Sorocaba. 104f. 2017.
• SCHWÄRZEL, K.; EBERMANN, S.; SCHALLING, N. Evidence of doublefunneling effect of beech trees by visualization of flow pathways using dye tracer. Journal of Hydrology, 2012. v.170-471, p.184-192.
• TONELLO, K.C. Comportamento Ecofisiológico de Eucalyptus sp. Tese (Doutorado). Feagri/Unicamp. 2005.